随着云计算技术的不断发展和规模的壮大,人们对存储的要求越来越高,希望有高密度、高读写速度、低能耗的存储介质。而传统的DRAM、flash和磁盘等产品都有各自的缺陷,DRAM和flash存在着密度和容量的瓶颈,磁盘的读写速度远远达不到要求。随着存储技术的不断发展,PCM、MRAM等新型非易失性存储器(统称为NVM)逐渐出现在人们的视野范围中,它们拥有密度高、容量大、速度快和能耗低等特点,吸引了技术人员的广泛关注。由于NVM自身的诸多特性,许多原来的设计方案不再适合于它,需要重新设计。主要的研究方向包括用NVM代替DRAM,在NVM搭建文件系统等。而本文的研究方向则是用NVM替代DRAM。关于其替代方案,主要有两种观点,一是NVM完全替代DRAM;二是NVM和DRAM结合起来使用,即混合内存。而现有的技术基础上,NVM仍存在一些缺陷(相对于DRAM,其读写速度较慢,且存在写磨损),这限制了NVM完全替代DRAM。因此,更多的研究着手于混合内存上。本文就是在混合内存场景下展开研究的。目前,有两种方式使用NVM,一是按照传统页框管理方式,二是使用文件系统管理NVM。前者未充分考虑NVM持久化特性和存在着空间利用率不高的缺陷;后者未充分利用NVM随机读写的特性和存在着元数据空间开销较大的缺陷。针对上述问题,本文设计并实现了一种针对NVM的低元数据空间开销的持久化页框管理系统。另外,由于NVM的写速度较DRAM慢,写能耗较大,且存在写磨损,本文还设计并实现了一种提供持久化保证的页面置换机制,以减少NVM写操作。上述持久化页框管理系统和页面置换机制,主要有以下特点:1.在操作系统内核层建立NVM的页框管理机制,并为该系统上的操作提供简单事务性接口,保证在宕机或断电的情况下,页框管理系统数据的正确性。2.针对高空间利用率和分配效率,设计并实现多级空闲页框管理机制,并设计适合的页框分配原则。3.考虑到NVM和DRAM读写能耗和读写速度的差距,提供有数据安全保证的页面置换机制,以实现NVM和DRAM间页面的移动,达到加快热点页面读写速度和节约能耗的目的。4.用内核模块的方式开发实现持久化页框管理系统和页面置换功能,并以Linux驱动的形式方便用户使用。最后测试并通过了持久化页框管理系统和页面置换机制的功能测试,顺利完成了持久化页框管理系统的元数据空间开销对比测试,测试结果表明持久化页框系统的元数据开销很小,达到了提高空间利用率的目的。